Las fuerzas intermoleculares y los líquidos y sólidos

1. Las fuerzas intermoleculares y
los líquidos y sólidos
Capítulo 11
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2. Una fase es una parte homogénea de un
sistema en contacto con otras partes del mismo,
pero separado de ellas por un límite bien
definido. 2 fases
Fase sólida: hielo
Fase líquida: agua
11.1

3. Fuerzas intermoleculares
Fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas.
Fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos en una
molécula.
intermolecular contra intramolecular
• 41 kJ para evaporar 1 mol de agua (inter)
• 930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de
agua (intra)
“Medida” de fuerza intermolecular
Por lo general,
las fuerzas punto de ebullición
intermoleculares punto de fundición
son mucho más ∆Hvap
débiles que las
fuerzas ∆Hfus
intramoleculares. ∆Hsub 11.2

4. Fuerzas intermoleculares
Fuerzas dipolo-dipolo
Fuerzas de atracción entre moléculas
polares
Orientación de moléculas polares en un sólido
11.2

5. Fuerzas intermoleculares
Fuerzas ion-dipolo
Fuerzas de atracción entre un ion y una molécula
polar
Interacción ion-dipolo
11.2

6. Fuerzas intermoleculares
Fuerzas de dispersión
Fuerzas de atracción que se generan como resultado
de los dipolos temporales inducidos en átomos o
moléculas
Dipolo inducido
Catión
Interacción ion-dipolo inducido
Dipolo inducido
Dipolo
Interacción dipolo-dipolo inducido
11.2

7. Fuerzas intermoleculares
Fuerzas de dispersión continua
Polarización es la facilidad con que la distribución del
electrón en el átomo o molécula puede distorsionarse
La polarización aumenta con:
• mayor número de electrones
• más difusa la nube del electrón
Las fuerzas de
dispersión
normalmente
aumentan con la
masa molar
11.2

8. ¿Qué tipo de fuerzas intermoleculares existe entre
cada una de las moléculas siguientes?
HBr
HBr es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay
también fuerzas de dispersión entre las moléculas HBr.
CH4
CH4 es no polar: fuerzas de dispersión.
S O
SO2 O
SO2 es una molécula polar: fuerzas dipolo-dipolo. Hay
también fuerzas de dispersión entre las moléculas SO2.
11.2

9. Fuerzas intermoleculares
Enlace de hidrógeno
El enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolo-
dipolo entre ellos y el átomo de hidrógeno en un enlace polar
N-H, O-H, o F-H y un átomo electronegativo de O, N, o F.
A H…B o A H…A
A y B son N, O, o F
11.2

10. ¿Por qué el enlace de hidrógeno se considera
una interacción “especial” dipolo-dipolo?
Grupo 6A Masa molar decreciente
Punto de ebullición decreciente
Grupo 7A
Punto de ebullición
Grupo 5A
Grupo 4A
Periodo
11.2

11. Propiedades de los líquidos
Tensión superficial es la cantidad de energía necesaria
para estirar o aumentar la superficie de un líquido por unidad
de área
Fuerza Alta
intermolecular tensión
grande superficial
11.3

12. Propiedades de los líquidos
Cohesión es una atracción intermolecular entre moléculas
semejantes
Adhesión es una atracción entre moléculas distintas
Adhesión
Cohesión
11.3

13. Propiedades de los líquidos
Viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a
fluir
Fuerza
Alta
intermolecular
viscosidad 11.3
alta

14. El agua es una sustancia
única
Estructura
tridimensional
del hielo
Máxima densidad
40C
Densidad del agua
El hielo es menos denso que el agua
Densidad (g/mL)
Temperatura
11.3

15. Un sólido cristalino posee un ordenamiento estricto y regular.
En un sólido cristalino, los átomos, moléculas o iones ocupan
posiciones específicas (predecibles).
Un sólido amorfo no posee un ordenamiento bien definido ni
un orden molecular repetido.
Una celda unitaria es la unidad estructural esencial repetida
de un sólido cristalino.
Punto En los puntos
reticular reticulares:
• Átomos
• Moléculas
• Iones
Celda unitaria Celda unitaria en 3 dimensiones 11.4

16. Los siete tipos de celdas unitarias
Cúbica simple Ortorrómbica Romboédrica
Monoclínica Triclínica
11.4

17. Los tres tipos de celdas cúbicas
Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras
11.4

18. Distribución de esferas idénticas
en una celda cúbica simple
11.4

19. Distribución de esferas idénticas
en un cubo centrado en el cuerpo
11.4

20. Un átomo del vértice y un
átomo centrado en las caras
8 celdas 2 celdas
unitarias lo unitarias lo
comparten comparten 11.4

21. Cúbica simple Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras
1 átomo/celda unitaria 2 átomos/celda unitaria 4 átomos/celda unitaria
(8 x 1/8 = 1) (8 x 1/8 + 1 = 2) (8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)
11.4

22. Relación entre la longitud de la arista
y el radio de los átomos de
tres diferentes celdas unitarias
11.4

23. Cuando la plata cristaliza forma celdas cúbicas
centradas en las caras. La longitud de la arista
de la celda unitaria es de 409 pm. Calcule la
densidad de la plata.
m
d= V = a3 = (409 pm)3 = 6.83 x 10-23 cm3
V
4 átomos/celda unitaria en una celda cúbica centrada en las caras
107.9 g 1 mole Ag
m = 4 Ag átomosx x = 7.17 x 10-22 g
mole Ag 6.022 x 1023 átomos
m 7.17 x 10-22 g
d= = = 10.5 g/cm3
V 6.83 x 10-23 cm3
11.4

24. Dispositivo para obtener un patrón
de difracción de rayos X de un cristal
Pantalla
Crital
Haz de
rayos X Placa fotográfica
Tubo de rayos X
11.5

25. Reflexión de rayos X por dos
planos de átomos
Rayos incidentes Rayos reflejados
d sen d sen θ
Distancia adicional = BC + CD =2d senθ = nλ (Ecuación Bragg)
11.5

26. Un cristal difracta los rayos X de longitud igual a
0.154 nm con un ángulo de 14.170. Suponiendo que n
= 1, ¿cuál es la distancia (en pm) entre las capas del
cristal?
nλ = 2d sen θ n=1 θ = 14.170 λ = 0.154 nm = 154 pm
nλ 1 x 154 pm
d= = = 77.0 pm
2senθ 2 x sen14.17
11.5

27. Tipos de cristales
Cristales iónicos
• Puntos reticulares ocupados por cationes y aniones
• Se mantienen juntos por la atracción electrostática
• Duro, quebradizo, punto de fusión alto
• Mal conductor de calor y electricidad
CsCl ZnS CaF2
11.6

28. Tipos de cristales
Cristales covalentes
• Puntos reticulares ocupados por átomos
• Se mantienen juntos por enlace covalente
• Duro, punto de fusión alto
• Mal conductor de calor y electricidad
átomos de
carbono
diamante grafito 11.6

29. Tipos de cristales
Cristales moleculares
• Puntos reticulares ocupados por moléculas
• Se mantienen juntos por fuerzas intermoleculares
• Suave, punto de fusión bajo
• Mal conductor de calor y electricidad
11.6

30. Tipos de cristales
Cristales metálicos
• Puntos reticulares ocupados por átomos metálicos
• Se mantienen juntos por enlaces metálicos
• Blando a duro, punto de fusión bajo a alto
• Buen conductor de calor y electricidad
Sección transversal de un cristal metálico
núcleos y
e- internos del cascarón
“mar” móvil
de e-
11.6

31. Tipos de cristales
11.6

32. Un sólido amorfo no posee una distribución regular ni orden
molecular de gran alcance.
Un vidrio es un producto de fusión de materiales inorgánicos
ópticamente transparente que se ha enfriado a un estado
rígido sin cristalizar.
Cuarzo Vidrio de cuarzo
cristalino (SiO2) no cristalino 11.7

33. Cambios de fase Orden
menor
Condensación
Número de moléculas
Evaporación
E1
Temperatura
Energía cinética E
Líquido
Número de moléculas
Orden
Sólido máximo
T2 > T1
11.8

34. El presión de vapor de equilibrio es la presión de vapor
medida cuando hay un equilibrio dinámico entre la
condensación y la evaporación.
H2O (l) H2O (g)
Equilibrio dinámico Velocidad de Equilibrio
evaporación dinámico
Velocidad de Velocidad de
condensación
= evaporación establecido
Velocidad
Velocidad de
condensación
Tiempo
11.8

35. Aparatos para medir
la presión de vapor de un líquido
Vacío
Espacio
vacío
Líquido Líquido
Antes de la En
evaporación equilibrio
11.8

36. Calor molar de vaporización (∆Hvap) es la energía requerida
para evaporar 1 mol de un líquido.
Ecuación Clausius-Clapeyron
∆Hvap P = (equilibrio) presión de vapor
ln P = - +C
RT T = temperatura (K)
R = constante de gas (8.314 J/K•mol)
Presión de vapor contra temperatura
Éter dietílico Agua Mercurio
Presión de vapor (atm)
Temperatura °C
11.8

37. El punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión
de vapor de un líquido es igual a la presión externa.
El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual
un líquido hierve cuando la presión externa es 1 atm.
11.8

38. La temperatura crítica (Tc) es un temperatura sobre la cual
el gas no se puede licuar, no importa la magnitud de la
presión aplicada.
La presión crítica
(Pc) es la mínima
presión que se debe
aplicar para llevar a
cabo la licuefacción a
la temperatura crítica.
11.8

39. Cambios de fase
H2O (s) H2O (l)
El punto de fusión de un
Temperatura
sólido o el punto de
Líquido
congelación de un líquido
Congelación
es la temperatura a la cual
las fases sólida y líquida
Fusión
coexisten en equilibrio.
Sólido
11.8

40. Calor molar de fusión (∆Hfus) es la energía necesaria para
fundir un mol de un sólido.
11.8

41. Curva de calentamiento
Temperatura
Punto de ebullición
Líquido y vapor
Punto de fusión en equilibrio
Sólido y líquido Líquido
en equilibrio
Sólido
Tiempo
11.8

42. Cambios de fases
H2O (s) H2O (g)
Sublimación
Deposición
Calor molar de sublimación
Temperatura
(∆ Hsub) es la energía
Líquido
necesaria para sublimar
un mol de un sólido.
∆ Hsub = ∆ Hfus + ∆ Hvap
(Ley de Hess)
Sólido
11.8

43. Un diagrama de fases resume las condiciones en las cuales
una sustancia existe como sólido, líquido o gas.
Diagrama de fases del agua
Líquido
Sólido
Presión
Temperatura
11.8

44. Diagrama de fases del dióxido de carbono
Líquido
Sólido
Presión
Temperatura
11.8